高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 牛顿第一运动定律教学课件ppt
展开一、力与运动的关系1.亚里士多德的观点:力是_____物体运动的原因。认为有力的作用,物体才会_____,没有力的作用,物体就会_______。
2.伽利略设计了理想的斜面实验:(1)现象:当小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下时,无论右侧斜面的坡度如何,它都会沿斜面上升到与下落点_____的地方。(2)结论:力不是_____物体运动的原因,而是_____物体运动状态的原因。3.力与运动的关系:力可以_____物体的运动状态。
二、牛顿第一运动定律及其意义1.内容:一切物体总保持_____________或_____状态,除非有外力迫使它_____________。
2.牛顿第一定律的意义:(1)定性说明了力和运动的关系。①说明了物体不受外力时的运动状态:_____或______________。②说明了力是_________________的原因。
(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——_____,因此牛顿第一定律也叫_____定律。
3.下列各种情况中,属于运动状态(速度)变化的是_______。①速度的方向不变,只有大小改变。②速度的大小不变,只有方向改变。③速度的大小和方向同时改变。
三、惯性与质量1.惯性:任何物体都有______________________的属性。
保持静止或匀速直线运动状态不变
2.下列关于惯性的说法中,正确的有___________。①惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。②质量是惯性大小唯一的量度,质量越大,惯性越大。③惯性是一种力,因此我们可以说“受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”。
④惯性是维持物体运动状态的原因。⑤物体不受力时,惯性表现为维持原来的运动状态。⑥物体受力时,惯性表现为速度改变的难易程度,质量越大,速度越难改变。⑦速度越大的车越难停下来,说明速度越大,惯性越大。⑧惯性是可以被克服的。
一、伽利略理想实验1.理想实验:(1)操作过程:让小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下。(2)实验现象:无论右侧斜面坡度如何,它都会沿斜面上升到与出发点几乎等高的地方。
(3)实验结论:斜面的倾角越小,小球运动到同一高度所经历的路程越远,当斜面倾角逐渐减小到0,右侧变为水平面,小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。
2.伽利略的理想实验的意义:(1)研究方法:伽利略的理想实验将可靠的事实和理论推理结合起来,即采用“可靠事实+抽象思维+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点,初步揭示了运动和力的正确关系。(2)历史意义:第一次确立了物理实验在物理学中的地位。
【典例示范】如图所示是伽利略的“理想实验”,根据该实验下列说法正确的是( )A.该实验是理想实验,是在思维中进行的,无真实的实验基础,故其结果并不可信B.该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”C.该实验说明了物体的运动不需要力来维持D.随着科技的进步,这个实验可以验证
【解析】选C。这是将可靠事实和科学推理结合起来,得到理想条件下的结果,虽然不能在现实中完成,但是结论依然是可信的,A错误;此实验说明了物体在不受外力作用时将保持匀速直线运动,即物体的运动不需要力来维持,B错误,C正确;此实验是理想实验,无法真实存在,D错误。
【母题追问】1.【典例示范】中理想斜面实验的意义是( )(科学探究)A.证明了力不是维持物体运动的原因B.证明了力是维持物体运动的原因C.证明小球总能滚到另一斜面上同一高度D.证明小球总能在水平面上做匀速直线运动
【解析】选A。这个实验的意义在于证明了力不是维持物体运动的原因。A正确,B、C、D错误。
2.【典例示范】的实验中,他的设计步骤如下:Ⅰ.两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面;Ⅱ.减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度;Ⅲ.如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度;Ⅳ.继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持续的匀速运动。
在上述的步骤中,有的属于可靠的事实,有的则是理想化的推论,下列关于事实和推论的分类正确的是( )(科学探究)A.Ⅲ是事实,Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ是推论B.Ⅰ是事实,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是推论C.Ⅱ是事实,Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ是推论D.Ⅳ是事实,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是推论
【解析】选B。伽利略设计了一个理想实验的步骤是:先在两个对接的斜面上,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面;如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度;接着减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度;继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成为水平面,小球要沿水平面做匀速直线运动。故Ⅰ是事实,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是推论。B正确,A、C、D错误。
【补偿训练】1.在学习牛顿笫一定律时,我们做了如图所示的实验。下列有关叙述正确的是( )
A.每次实验时,小车可以从斜面上的不同位置由静止开始下滑B.实验表明:小车受到的摩擦力越小,小车运动的距离就越近C.实验中运动的小车会停下来,说明力能改变物体的运动状态D.根据甲、乙、丙的实验现象,就可以直接得出牛顿第一定律
【解析】选C。实验中要求从斜面上的相同位置由静止开始下滑,可以保证小车到达斜面底端的速度是相等的,不能从斜面上的不同位置由静止开始下滑,故A错误;实验表明:小车受到的摩擦力越小,小车运动的距离就越远,故B错误;实验中运动的小车受到摩擦力的作用会停下来,其运动的状态发生变化,说明力能改变物体的运动状态,故C正确;接触面越光滑,则小车的速度减小越慢,由此可以得出:若摩擦力等于0,则小车可能做匀速直线运动,因此牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理总结出来的,而不是直接可以由这三个实验得出的,故D错误。
2.下面是摘自上个世纪美国报纸上的一篇文章:阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中,宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话。宇航员:“汤姆,我们现在已关闭了火箭上所有的发动机,正向月球飞去。”汤姆:“你们关闭了所有的发动机,那么靠什么力量推动火箭向前运动呢?”宇航员犹豫了半天,说:“我想大概是伽利略在推动火箭向前运动吧。”若不计天体对火箭的引力,由上述材料可知下列说法错误的是( )A.汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”B.宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”C.宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”D.宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行
【解析】选B。汤姆问“靠什么力量推动火箭向前运动呢?”说明汤姆认为火箭向前运动必须有力的作用,即力是维持物体运动的原因,A对。宇航员的回答提到伽利略,而伽利略的观点是力不是维持物体运动状态的原因,而是改变物体运动状态的原因,即运动不需要力来维持,物体具有保持原来运动状态的性质,即惯性,C、D对,B错。
二、牛顿第一定律及其意义全面认识牛顿第一定律:(1)一切:说明牛顿第一定律适用于任何物体,没有范围限制。(2)没有受外力作用,说明定律成立条件包含两种情况:①物体不受任何力的作用,一种理想状态;②物体所受合外力为零。
(3)总:指在成立条件下结果是确定的,没有例外。(4)或:指两种状态必居其一,是选择的意思,不能同时存在,物体只能处于两种状态中的一种。
(5)定律揭示规律:①物体本身有保持原来运动状态的属性,不受力是保持原来运动状态不变的原因之一;②要改变物体的运动状态,必须有力作用于物体;③力的作用不是维持运动,而是改变运动状态。(6)不能用实验证明,只能在实验基础上通过科学推理得到。
【思考·讨论】骑行自行车过程中,如果不给自行车提供力,自行车会慢慢停止,是否说明牛顿第一定律是违背事实的?(科学探究)
提示:不违背,定律成立的条件是不受外力或合外力为零,骑行自行车时,正是因为有摩擦力的存在,导致合外力不为零,才造成其运动状态的改变,正说明定律的正确性。
【典例示范】(多选)根据牛顿第一定律可知( )A.物体的运动是依靠惯性来维持的B.力停止作用后,物体的运动就不能维持C.物体做变速运动时,一定有外力作用D.力是改变物体惯性的原因
【解析】选A、C。惯性是维持物体原有运动状态的属性,因此物体的运动是靠惯性维持,A正确;物体的运动不需要力来维持,当物体运动时,在不受力的情况下,依然做匀速直线运动,B错误;当物体的速度发生改变时,说明物体肯定受到了外力的作用,C正确;惯性大小由物体质量决定,D错误。
【规律方法】牛顿第一定律应用技巧(1)由“因”索“果”:在判断力与运动之间的关系时,明确力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因。(2)由“果”索“因”:如果物体的运动状态发生改变,则物体必然受到不为零的合力的作用,所以根据物体的运动状态分析物体所受合力是否为零。
(3)应用步骤:应用牛顿第一定律解释有关现象时。①看物体原来的运动状态;②看物体现在所受合力是否为零;③判断由于物体具有惯性将会出现的现象。
【素养训练】1.(多选)关于牛顿第一定律的理解正确的是( )A.不受外力作用时,物体的运动状态保持不变B.在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持木块运动的结果C.飞跑的运动员,由于遇到障碍而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态D.牛顿第一定律无法用实验直接验证,因此是不成立的
【解析】选A、C。牛顿第一定律告诉我们,物体不受力时,将保持原有的运动状态,A正确;在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于受到摩擦力,摩擦力改变其运动状态,使木块最终停下来,B错误;飞跑的运动员,由于遇到障碍而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态,而上半身由于惯性,继续运动,从而跌倒,C正确;牛顿第一定律虽然无法用实验直接验证,但是它是在事实基础上,经过科学推理得出的结论,牛顿第一定律是成立的,D错误。故选A、C。
2.在磁悬浮列车里,小明将一小球放在水平桌面上相对桌面静止。关于小球与列车的运动,下列说法正确的是( )A.如果小球向前滚动,则磁悬浮列车在加速前进B.如果小球向后滚动,则磁悬浮列车在加速前进C.如果小球不动,则磁悬浮列车一定静止D.磁悬浮列车急刹车时,小球向后滚动
【解析】选B。若小球向前滚动,知小球的速度大于列车的速度,小球速度不变,可知列车的速度在减小,故A错误;若小球向后滚动,小球速度不变,知列车的速度大于小球的速度,可知列车的速度在增加,做加速运动,B正确;若小球不动,知小球的速度始终与列车速度相等,磁悬浮列车速度不变,可能静止也可能做匀速直线运动,C错误;磁悬浮列车紧急刹车时,小球由于惯性,保持原来的运动状态,所以小球运动的速度大于列车的速度,即小球相对于列车要向前滚动,D错误。故选B。
【补偿训练】1.关于物体运动状态的改变,下列说法中正确的是( )A.只要物体的速度大小不变,其运动状态就不变B.只要物体的速度方向不变,其运动状态就不变C.只要速度的大小和方向中有一者改变,物体的运动状态就改变D.只有速度的大小和方向都改变,物体的运动状态才改变
【解析】选C。物体运动状态的改变是指物体速度的变化,因为速度为矢量,只要速度的大小和方向中有一者改变,物体的运动状态就改变。则C项正确,A、B、D错误。
2.做自由落体运动的物体,如果下落过程中某时刻重力突然消失,物体的运动情况将是( )A.悬浮在空中不动B.速度逐渐减小C.保持一定速度向下做匀速直线运动D.无法判断
【解析】选C。物体自由下落时,仅受重力作用,重力消失以后,物体将不受力,根据牛顿第一定律的描述,物体将以重力消失瞬间的速度向下做匀速直线运动,则C正确,A、B、D错误。
三、惯性与惯性定律1.全方位认识惯性:(1)物体本身具有维持原有运动状态的属性。(2)惯性大小只由物体质量决定,与其他因素无关。(3)惯性不是一种力,找不出这个“力”的施力物体。(4)惯性不能被克服。2.惯性定律:物体不受力时,惯性表现为维持原有运动状态;物体受力时,惯性表现为运动状态改变难易。
【典例示范】下列关于惯性的说法中,正确的是( )A.静止的汽车没有惯性B.货车满载时比空载时惯性小C.乘客系安全带并不能消除惯性D.动车减速进站过程中惯性越来越小
【解析】选C。惯性是物体的固有属性,其大小只与物体的质量有关,与物体所处状态无关,静止的汽车有惯性,A错误;惯性大小由质量决定,货车满载时比空载时质量大,故满载时惯性大,B错误;乘客系安全带并不能消除惯性,C正确;动车减速进站过程中,质量不变,惯性不变,D错误。故选C。
【素养训练】1.关于惯性,下列说法正确的是( )A.只有在不受外力作用时物体才有惯性B.当物体静止时,就不再具有惯性C.惯性是指物体具有的保持原来静止或匀速直线运动状态的性质D.两个物体只要速度相同,惯性就一定相同
【解析】选C。惯性是物体的固有属性,与物体受不受力及所处状态无关,A、B错误;惯性是物体保持原来静止或匀速直线运动状态的属性,C正确;惯性大小只由质量决定,质量大的物体惯性大,与速度大小无关,D错误。
2.如图所示,冰壶在冰面上运动时受到的阻力很小,可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变,我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”,这里所指的“本领”是冰壶的惯性,则惯性的大小取决于( )A.冰壶的速度B.冰壶的质量C.冰壶受到的推力D.冰壶受到的阻力【解析】选B。惯性的大小仅由物体的质量决定,质量大的物体惯性大,由此可知选项B正确。故选B。
【补偿训练】1.关于物体的惯性,下列说法中正确的是( )A.射出枪膛的子弹在运动一段距离后连一件棉衣也穿不透,这表明它的惯性减小了B.战斗机在空战时,甩掉副油箱是为了减小惯性,提高飞行的灵活性C.用力推一个物体,没有推动,原因是物体的惯性太大了D.高速公路上要限速,是因为车速越大惯性越大
【解析】选B。物体的惯性大小是由质量量度的,与速度大小无关,选项A、D错误;战斗机甩掉副油箱后质量减小了,惯性也就减小了,运动状态易改变,提高了灵活性,选项B正确;物体的惯性大小与物体的受力没有关系,选项C错误。
2.下列关于惯性的说法中,正确的是( )A.物体只有在突然运动或突然停止时才有惯性B.物体的质量越大或速度越大,其惯性也就越大C.在太空中飞行的航天飞机内的物体,其惯性因物体失重而消失D.惯性是物体的属性,与物体是否受力和运动状态无关
【解析】选D。物体的惯性是物体的固有属性,只与物体的质量有关,与物体是否受力和如何运动无关。故选项A、B、C错误,正确答案选D。
【拓展例题】考查内容:牛顿第一定律的综合应用【典例】如图所示,在一辆表面光滑的小车上,有质量分别为m1、m2的两个小球(m1>m2)随车一起匀速运动,当车停止时,如不考虑其他阻力,设车足够长,则两个小球( )A.一定相碰B.一定不相碰C.不一定相碰D.难以确定是否相碰,因为不知小车的运动方向
【解析】选B。两个小球放在光滑的小车表面上,又不考虑其他阻力,故水平方向不受外力,由牛顿第一定律可知,两小球仍然以相同的速度做匀速直线运动,永远不相碰,选项B正确。
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